재실자의 열적 쾌적성과 에너지절감을 위한 시스템에어컨의 제어알고리즘 제안|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

중소규모 건물에서 전력에너지 소비량이 증가하고 있으며, 냉난방 에너지가 그 원인으로 지목되고 있다. 특히, 설치가 쉽고 일부 Zone에 대한 개별운전이 가능한 개별 냉난방시스템(Multi Split Air-conditioner), 즉 시스템에어컨이 최근 중소규모 건물에 많이 적용되고 있어, 시스템에어컨(System Air-conditioner)의 효율적 에너지 소비의 중요성이 점차 커지고 있다. 종래의 대부분의 건물에 사용되는 설정온도제어(set-point temperature control)방식은 설정온도를 일정 범위 보다 확장할 경우, 에너지 소비는 감소할 수 있으나 재실자의 열적 불쾌감을 유발할 수 있으며 결과적으로 업무의 효율 즉 생산성을 저해할 수 있다. 따라서 에너지 절감을 위해 냉난방시스템의 설정온도를 높이거나 낮추는 것은 신중하게 검토되어야 한다.
이에 본 논문에서는 시스템에어컨의 재실자의 열적 쾌적성을 보장하면서 에너지 절감을 도모할 수 있는 제어알고리즘을 제안하고자 하였다.
재실자의 열적 쾌적성은 다양한 물리적인 환경요소와 개인적 요소의 복합적인 관계에 의해 결정된다. 이를 수치화, 정량화하여 나타낸 것이 열환경 쾌적성 지표(Thermal Comfort Index)이다. 열 쾌적성 지표를 이용해 실내 온열환경을 제어할 경우 기존의 건구온도만으로 제어하는 설정온도 제어보다는 재실자의 열적 쾌적성을 보다 면밀히 분석, 제어할 수 있다. PMV(Predicted Mean Vote)는 대표적으로 사용되는 열 쾌적 지표이며 실내온도, 습도, 평균복사온도, 기류(풍속)를 측정하고 재실자의 활동량 및 착의량을 고려하여 재실자의 온열감(Thermal sense)을 평가하는 지표로 통상 –0.5 ～ +0.5 사이를 열적으로 쾌적한 범위로 정의하고 있다. ASHRAE Comfort Chart는 습공기선도(Psychrometric chart)상에 일반적인 실내 환경 하에서의 재실자가 열적으로 쾌적한 습구온도 범위를 제시하고 있다.
본 논문에서는 기존의 설정온도 제어와 PMV 쾌적범위, ASHRAE Comfort Chart의 쾌적범위를 이용하여 시스템에어컨의 제어논리를 작성하였다. 제어알고리즘은 각 지표의 쾌적범위 내로 실내 온열환경이 제어되도록 하였으며, 실내 냉방시 시스템에어컨의 실외기 운전은 각 상태별 부분부하 운전을 구현하여 에너지 절감이 가능하도록 하였다. 본 논문에서 제시한 시스템에어컨의 제어알고리즘을 검증하기 위해 TRNSYS를 이용하여 시뮬레이션을 실시하였다. 학교 교실을 대상으로 제어모드에 따른 실내 온열환경 제어특성과 재실자의 열적 쾌적감, 에너지 소비 특성을 분석하였다. 실내 온열환경은 3가지 제어모드에서 쾌적범위 내로 제어되었다. 에너지 소비량은 설정온도 제어 대비 PMV 쾌적범위 제어는 18%, ASHRAE Comfort제어가 20%의 에너지 절감효과가 나타났다. 이를 전력요금으로 환산하면, PMV쾌적범위제어는 10.3%, ASHRAE Comfort제어가 10.9%의 절감효과가 있었다.
PMV 쾌적범위 제어와 ASHRAE Comfort제어의 실내 온열환경 및 에너지 소비량의 결과에서 크게 차이는 없었다. 그러나 PMV 쾌적범위 제어는 다양한 측정데이터 및 평가데이터가 요구되며 연산과정이 다소 복잡하여 실제 시스템에어컨의 제어논리로 적용하기에는 다소 어려움이 있다. 이런 적용성을 고려하면 온도, 습도만을 측정하여 습구온도를 가지고 열적 쾌적범위를 판정하는 ASHRAE Comfort제어가 PMV 쾌적범위 제어에 비교하여 시스템에어컨의 제어로 적합할 것으로 판단된다.

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중소규모 건물에서 전력에너지 소비량이 증가하고 있으며, 냉난방 에너지가 그 원인으로 지목되고 있다. 특히, 설치가 쉽고 일부 Zone에 대한 개별운전이 가능한 개별 냉난방시스템(Multi Split ...

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